(57)【要約】【課題】  単結晶の製造プロセスで起こりうる石英ルツボの変形を防止でき、かつ変形してしまった石英ルツボを修正できる単結晶引き上げ装置の提供。【解決手段】  チャンバ１１内に設けられて単結晶の原料の融液１２を貯溜する石英ルツボ１３と、石英ルツボ１３の外周面を包囲し上記融液１２を加熱するヒータ１８と、石英ルツボ１３を回転させるルツボ駆動手段１７が備えられた単結晶引き上げ装置において、石英ルツボ１３の壁部１３ａの変形を防止及び／又は修正するためのアーム５０が石英ルツボ内に貯溜された融液１２の表面上で、かつ壁部１３ａと間隔を開けて位置するように設けられ、アーム５０は、回転又は水平移動可能で、かつ上下昇降可能な支持棒５１と、該支持棒５１の先端部に設けられた突起部５２からなり、突起部５２は支持棒５１が動作することにより石英ルツボ１３の壁部１３ａを内側から押圧する押圧面５２ａを有する単結晶引き上げ装置１０。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に設けられて単結晶の原料融液を貯溜する石英ルツボと、前記単結晶の原料融液を加熱するヒータと、前記石英ルツボを回転させるルツボ駆動手段とが備えられた単結晶引き上げ装置において、
前記チャンバ内には、前記石英ルツボの壁部の変形を防止及び／又は修正するための石英ルツボ変形防止手段が設けられてなることを特徴とする単結晶引き上げ装置。
【請求項２】
前記石英ルツボ変形防止手段には、前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能な押圧手段が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項３】
前記石英ルツボ変形防止手段がアームとされ、
該アームが、上下昇降可能な支持棒と、該支持棒の下端部に設けられ前記支持棒回転軸から離間する一方向に突出した突起部とを有し、
該突起部には前記押圧手段として、前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能な押圧面が設けられてなることを特徴とする請求項２記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項４】
前記石英ルツボ変形防止手段がガス吹き出し手段とされ、
前記ガス吹き出し手段が、上下昇降可能なガス供給管と、該ガス供給管の下端部に前記押圧手段として設けられたガス吹き出し口とを有し、
該ガス吹き出し口は、前記ガス供給管の動作により前記石英ルツボの壁部内面に不活性ガスを吹き付け可能に位置され、該吹き出し口から吹き出される不活性ガスのガス圧により前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能とされてなること特徴とする請求項２記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項５】
前記ガス供給管の周囲に冷却機構が設けられたことを特徴とする請求項４記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項６】
チャンバ内に設けられて単結晶の原料融液を貯溜する石英ルツボと、前記単結晶の原料融液を加熱するヒータと、前記石英ルツボを回転させるルツボ駆動手段とが備えられた単結晶引き上げ装置において、
前記チャンバ内には、前記石英ルツボの壁部の変形を防止及び／又は修正するための石英ルツボ変形防止手段が設けられ、
該石英ルツボ変形防止手段が、前記石英ルツボの壁部に不活性ガスを吹き付けて前記壁部の温度を低下して該壁部の変形を防止するガス吹きつけ手段とされてなることを特徴とする単結晶引き上げ装置。
【請求項７】
前記ガス吹き付け手段の周囲に冷却機構が設けられたことを特徴とする請求項６記載の単結晶引き上げ装置。
【請求項８】
前記ルツボ駆動手段に前記石英ルツボを上下に昇降させるルツボ昇降手段が設けられ、前記石英ルツボの昇降に同期する昇降手段が前記石英ルツボ変形防止手段に設けられたことを特徴とする請求項１から６のいずれか記載の単結晶引き上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶引き上げ装置に関し、特に、シリコン単結晶の引き上げ装置に備えられた石英ルツボの壁部の変形の防止や、変形が生じた上記壁部を修正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、引き上げＣＺ法（チョクラルスキー法）によるシリコン単結晶引き上げ装置では、高耐圧気密チャンバ内を１０torr程度に減圧して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、チャンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶原料を加熱して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬し、種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種結晶を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出した円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディー部と下端が突出した円錐形の下部コーン部より成る単結晶（いわゆるインゴット）を成長させるように構成されている。
【特許文献１】特開２０００−７４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シリコン単結晶を引き上げる場合について見れば、石英ルツボ内のシリコンの多結晶原料を加熱するには、その周囲に配置されたヒータを用いて石英ルツボを加熱することにより間接的に多結晶原料を加熱する構成とされている。
シリコンの融点は１４２０℃と高温であり、シリコンの原料が完全に溶融している状態では、石英ルツボもこの融点以上の温度となっている。かかる高温下では、石英ルツボ自体が軟化していて、壁面の自重が要因して容易に変形してしまう。この変形は、図１２に示すように一般に石英ルツボ７３の壁部が内側に倒れ込んだり、上端縁部が通常の位置より低下する形で生じる。図１２中、符号７２はシリコン融液である。なお、石英ルツボの外面は、通常、黒鉛サセプタにより被覆されているので、軟化した壁部は内側に倒れ込む。
かかる石英ルツボ７３の倒れ込みは、その後の結晶育成においてルツボ上昇の妨げとなったり、種結晶やこの種結晶の下端に成長しつつある単結晶の周囲に配置された熱遮蔽部材（ヒートキャップ）に接触し、引き上げ困難となったり、ガスの流れを乱す要因となり、良好な単結晶育成を阻害することとなるため、倒れ込みが発生した場合にはシリコンの単結晶の引き上げを中止していた。
【０００４】
石英ルツボの変形を修正する従来の方法としては、ルツボの回転数を制御したり、融液の表面温度を制御する方法（例えば、特許文献１参照）を採用したり、ルツボが変形しにくいようにルツボ表面にバリュームを塗布したり、アルミニウム等の不純物を添加した石英からルツボを構成することによりルツボの軟化点を高くするものが知られている。
しかしながらルツボ回転や融液表面温度制御による修正方法では、修正効果が小さく、壁部を充分元の形状に復元するのが難しかった。また、ルツボ表面にバリュームを塗布したり、ルツボに不純物を添加する修正方法によれば、ルツボは変形しにくくなるが、結晶中に不純物が混入する恐れがあった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、単結晶の製造プロセスで起こりうる石英ルツボの変形を防止するとともに、たとえ石英ルツボが変形してしまったとしても、変形した石英ルツボをもとどおり単結晶引き上げに支障が生じないよう修正できる単結晶引き上げ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の単結晶引き上げ装置においては、
チャンバ内に設けられて単結晶の原料融液を貯溜する石英ルツボと、前記単結晶の原料融液を加熱するヒータと、前記石英ルツボを回転させるルツボ駆動手段とが備えられた単結晶引き上げ装置において、
前記チャンバ内には、前記石英ルツボの壁部の変形を防止及び／又は修正するための石英ルツボ変形防止手段が設けられてなることにより上記課題を解決した。
また、本発明において、前記石英ルツボ変形防止手段には、前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能な押圧手段が設けられてなることができる。
さらに、本発明においては、前記石英ルツボ変形防止手段がアームとされ、
該アームが、上下昇降可能な支持棒と、該支持棒の下端部に設けられ前記支持棒回転軸から離間する一方向に突出した突起部とを有し、
該突起部には前記押圧手段として、前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能な押圧面が設けられてなることが好ましい。
本発明は、前記石英ルツボ変形防止手段がガス吹き出し手段とされ、
前記ガス吹き出し手段が、上下昇降可能なガス供給管と、該ガス供給管の下端部に前記押圧手段として設けられたガス吹き出し口とを有し、
該ガス吹き出し口は、前記ガス供給管の動作により前記石英ルツボの壁部内面に不活性ガスを吹き付け可能に位置され、該吹き出し口から吹き出される不活性ガスのガス圧により前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能とされてなることが可能である。
本発明の前記ガス供給管の周囲に冷却機構が設けられたこともある。
本発明の単結晶引き上げ装置においては、
チャンバ内に設けられて単結晶の原料融液を貯溜する石英ルツボと、前記単結晶の原料融液を加熱するヒータと、前記石英ルツボを回転させるルツボ駆動手段とが備えられた単結晶引き上げ装置において、
前記チャンバ内には、前記石英ルツボの壁部の変形を防止及び／又は修正するための石英ルツボ変形防止手段が設けられ、
該石英ルツボ変形防止手段が、前記石英ルツボの壁部に不活性ガスを吹き付けて前記壁部の温度を低下して該壁部の変形を防止するガス吹きつけ手段とされてなることにより上記課題を解決した。
さらに、前記ガス吹き付け手段の周囲に冷却機構が設けられたこともある。
本発明は、前記ルツボ駆動手段に前記石英ルツボを上下に昇降させるルツボ昇降手段が設けられ、前記石英ルツボの昇降に同期する昇降手段が前記石英ルツボ変形防止手段に設けられた手段を採用することができる。
【０００７】
本発明の単結晶引き上げ装置においては、チャンバ内に設けられて単結晶の原料融液を貯溜する石英ルツボと、該石英ルツボの外周面を包囲する黒鉛ルツボと、該黒鉛ルツボの外周面を包囲し前記単結晶の原料融液を加熱するヒータと、前記石英ルツボを回転させるルツボ駆動手段とが備えられた単結晶引き上げ装置において、前記チャンバ内には、前記石英ルツボの壁部の変形を防止及び／又は修正するための石英ルツボ変形防止手段が設けられてなることで、単結晶引き上げ中であっても、この石英ルツボ変形防止手段により石英ルツボの壁部の変形を防止すること、または石英ルツボの壁部の変形を修正することが可能となるため、たとえ石英ルツボが変形したとしても、単結晶引き上げを中止することなく、従来はできなかった引き上げを継続して完了し、引き上げ単結晶の製品に対する製造コストを低減することが可能となる。また、たとえ石英ルツボの壁部が変形した場合でも、変形した壁部からの融液液面に対する影響を低減して、単結晶に製品のレベルが低減することを防止することができる。なお、本発明の石英ルツボ変形防止手段によれば、この石英ルツボ壁部の変形は、加熱初期のルツボ変形および、長時間使用による倒れ込み等の変形についても有効に対応することが可能である。
【０００８】
また、本発明においては、前記石英ルツボ変形防止手段がチャンバ内に垂設され、該石英ルツボ変形防止手段の下端部が、前記石英ルツボ内に貯溜された前記単結晶の原料融液の表面上側で前記壁部と間隔を開けて前記石英ルツボ水平方向内側に位置することが可能とされ、該石英ルツボ変形防止手段の下端部には、前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能な押圧手段が設けられてなることにより、石英ルツボの壁部が変形した際、あるいは、壁部が軟化して変形しそうな場合に、押圧手段により壁部を押圧して変形を防止すること、または、変形した壁部を修正することが可能となる。これにより、石英ルツボの壁部を内側から押圧して石英ルツボ外側の黒鉛ルツボ側に沿った形状に復帰することが可能となる。
【０００９】
さらに、本発明においては、前記石英ルツボ変形防止手段がチャンバ内に垂設されたアームとされ、該アームが、上下昇降可能、あるいは、さらに回転又は水平移動可能な支持棒と、該支持棒の下端部に設けられ前記支持棒回転軸から離間する一方向に突出した突起部とを有し、該突起部には前記押圧手段として、前記支持棒が動作することにより前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能な押圧面が設けられてなることにより、支持棒を降下させてその下端部が所定の位置にすることにより、押圧面が石英ルツボ壁部を押圧して、変形防止・修正することができる。このとき、アームをその下端部が水平面内所定位置になるよう降下させることで、石英ルツボの回転により変形した壁部が押圧面に当接することになる。
さらに、該アームが、上下昇降可能であることに加えて、さらに回転又は水平移動可能な支持棒を有することにより、降下しただけでは壁部に押圧面が当接しない状態であっても、指示棒の回転により押圧面が変形した壁部に当接可能な位置に設定することができる。この場合、石英ルツボと引き上げ中の単結晶に対して石英ルツボ変形防止手段の設置位置の自由度を向上することができるため、チャンバ内で、壁部が変形していないときには、より単結晶引き上げに対する影響の少ない位置に収納・設置することが可能となる。
【００１０】
本発明は、前記石英ルツボ変形防止手段がガス吹き出し手段とされ、前記ガス吹き出し手段が、チャンバ内に垂設された上下昇降可能なガス供給管と、該ガス供給管の下端部に前記押圧手段として設けられたガス吹き出し口とを有し、該ガス吹き出し口は、前記ガス供給管の動作により前記石英ルツボの壁部内面に不活性ガスを吹き付け可能に位置され、該吹き出し口から吹き出される不活性ガスのガス圧により前記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能とされてなることにより、ガス供給管を降下させてその下端部が所定の位置にすることにより、吹き出し口から噴出する不活性ガスが石英ルツボ壁部を押圧して、変形防止・修正することができる。このとき、ガス吹き出し口が壁部側を向くようにして、ガス供給管をその下端部が水平面内所定位置になるよう降下させることで、石英ルツボの回転により変形した壁部が噴出した不活性ガスにより押圧される位置にくることになる。
さらに、該ガス供給管が、上下昇降可能であることに加えて、さらに回転又は水平移動可能とすることにより、降下しただけでは不活性ガスが壁部に向けて噴出しない状態であっても、ガス供給管の回転により吹き出し口が変形した壁部にガス噴出可能な位置に設定することができる。この場合、石英ルツボと引き上げ中の単結晶に対して石英ルツボ変形防止手段の設置位置の自由度を向上することができるため、チャンバ内で、壁部が変形していないときには、より単結晶引き上げに対する影響の少ない位置に収納・設置することが可能となる。
【００１１】
本発明の前記石英ルツボ変形防止手段には、前記ガス供給管の周囲に冷却機構が設けられることにより、高温であるチャンバ内において不活性ガスがガス供給管で熱せられてしまうことを防止でき、これにより、変形した壁部に不活性ガスを吹き付けて変形を修正することと、変形しそうに軟化した壁部の温度を降下して硬化させ、壁部が変形することを防止することが可能となる。
【００１２】
本発明の単結晶引き上げ装置は、チャンバ内に設けられて単結晶の原料の融液を貯溜する石英ルツボと、該石英ルツボの外周面を包囲し上記単結晶の原料の融液を加熱するヒータと、上記石英ルツボを回転させるルツボ駆動手段が備えられた単結晶引き上げ装置において、
上記石英ルツボの壁部の変形を防止及び／又は修正するためのアーム（変形防止用アームと呼ぶこともある）が上記石英ルツボ内に貯溜された上記単結晶の原料の融液の表面上で、かつ上記壁部と間隔を開けて位置するように設けられ、
上記アームは、回転又は水平移動可能で、かつ上下昇降可能な支持棒と、該支持棒の先端部に設けられた突起部からなり、該突起部は上記支持棒が動作することにより上記石英ルツボの壁部を内側から押圧する押圧面を有するようにしたことにより上記課題を解決することができる。
【００１３】
上記構成の本発明の単結晶引き上げ装置によれば、上記変形防止用アームの支持棒を上下に昇降させることにより、上記支持棒の先端部を上記ルツボの壁部内面と隙間を開けた状態で、かつ上記ルツボ内に貯溜された上記単結晶の原料の融液の表面上の所定の位置（単結晶の引き上げ工程で軟化によりルツボの壁部に変形が生じる恐れがある箇所の近傍或いは壁部の変形が生じた箇所の近傍）に配置することができる。
このように支持棒の先端部を所定の位置に配置したならば、上記支持棒を回転又は水平移動することにより、上記支持棒の先端部に設けられた突起部の押圧面を上記ルツボ駆動手段により回転する石英ルツボの壁部内面側に臨ませて、上記壁部内面に接触させることで、上記壁部内面を走査するとともに上記壁部を内側から押圧し、単結晶の引き上げ工程中で起こりうるルツボの壁部の倒れ込みなどによる変形の修正や変形を防止できる。このような変形防止用アームによるルツボの壁部の変形防止の動作は、ルツボを加熱する前やルツボが軟化する前から行うようにしてもよい。
【００１４】
また、倒れ込みなどにより変形が生じた部分（変形部）の近傍に上記変形防止用アームの支持棒の先端部を配置できるので、上記支持棒を回転又は水平移動することにより、突起部の押圧面を回転する石英ルツボの壁部内面側に臨ませて、上記壁部内面に接触させることで、上記壁部内面を走査するとともに上記壁部を内側から押圧し、壁部の変形部のみを修正することができる。
また、上記変形防止用アームにより石英ルツボの壁部の変形の防止や修正をする際には、上記突起部を石英ルツボの壁部内面を押圧しすぎないような位置に配置することにより、ルツボへの食い込みを防止でき、ルツボの肉厚変化を防止することができる。
また、本発明の単結晶引き上げ装置に備えられた変形防止用アームは、ルツボの壁部内面への押し付け圧力、押し付け距離を調整できるため、ルツボ壁部の変形を修正し易い。
【００１５】
本発明の単結晶引き上げ装置は、チャンバ内に設けられて単結晶の原料の融液を貯溜する石英ルツボと、該石英ルツボの外周面を包囲し上記単結晶の原料の融液を加熱するヒータと、上記石英ルツボを回転させるルツボ駆動手段が備えられた単結晶引き上げ装置において、
上記石英ルツボの壁部の変形を防止及び／又は修正するためのガス吹き出し手段（変形防止用ガス吹き出し手段と呼ぶこともある）が上記石英ルツボ内に貯溜された上記単結晶の原料の融液の表面上で、かつ上記壁部と間隔を開けて位置するように設けられ、
上記ガス吹き出し手段は、回転又は水平移動可能で、かつ上下昇降可能なガス供給管と、該ガス供給管の先端部に設けられたガス吹き出し口からなり、
上記該ガス吹き出し口は上記ガス供給管の動作により上記石英ルツボの壁部内面近傍に配置され、該吹き出し口から吹き出される不活性ガスのガス圧により上記石英ルツボの壁部を内側から押圧可能な構成としたことにより上記課題を解決することができる。
【００１６】
上記構成の本発明の単結晶引き上げ装置によれば、上記変形防止用ガス吹き出し手段のガス供給管を上下に昇降させることにより、上記ガス供給管の先端部を上記ルツボの壁部内面と隙間を開けた状態で、かつ上記ルツボ内に貯溜された上記単結晶の原料の融液の表面上の所定の位置（単結晶の引き上げ工程で軟化によりルツボの壁部に変形が生じる恐れがある箇所の近傍或いは壁部の変形が生じた箇所の近傍）に配置することができる。
【００１７】
このようにガス供給管の先端部を所定の位置に配置したならば、上記ガス供給管を回転又は水平移動することにより、上記ガス供給管の先端部に設けられたガス吹き出し口を回転する石英ルツボの壁部内面側に臨ませて、上記壁部内面にアルゴンガスなどの不活性ガス（上記融液やルツボと不活性なガス）を吹き付け、上記壁部内面を上記不活性ガスで走査してルツボの昇温を抑えるとともに上記ガス圧で壁部を内側から押圧することで、単結晶の引き上げ工程中で起こりうるルツボの壁部の倒れ込みなどによる変形を防止できる。このような変形防止用ガス吹き出し手段によるルツボの変形防止の動作は、ルツボを加熱する前やルツボが軟化する前から行うようにしてもよい。
【００１８】
また、倒れ込みなどにより変形が生じた部分（変形部）の近傍に上記変形防止用ガス吹き出し手段のガス供給管の先端部を配置できるので、上記ガス供給管を回転又は水平移動することにより、上記ガス供給管の先端部に設けられたガス吹き出し口を回転する石英ルツボの壁部内面側に臨ませて、上記壁部内面に上記不活性ガスを吹き付け、上記壁部内面を上記不活性ガスで走査するとともに上記ガス圧で壁部を内側から押圧することにより、ルツボの壁部にに接触することなく壁部の変形部のみを修正することができる。  
【００１９】
上記構成の本発明の単結晶引き上げ装置おいては、上記ガス供給管の周囲に冷却機構が設けられていることが好ましい。
かかる構成の単結晶引き上げ装置によれば、ガス供給管内に供給された不活性ガスを冷却できるので、上記吹き出し口から冷却された不活性ガスを上記壁部内面に吹き付けることで、上記ルツボの壁部の所定位置を冷却することができ、ルツボの変形防止及び修正効果を向上できる。
【００２０】
上記のいずれかの構成の本発明の単結晶引き上げ装置おいては、上記ルツボ駆動手段に上記石英ルツボを上下に昇降させるルツボ昇降手段が設けられ、上記石英ルツボの昇降に同期する昇降手段が石英ルツボ変形防止手段としての上記支持棒又はガス供給管に設けられていることが好ましい。
これにより、単結晶引き上げによって変化するルツボの上下方向位置にかかわらず、どの状態であろうともルツボの上下位置に追従して石英ルツボ変形防止手段を上下することができるため、石英ルツボの壁部が変形することで原料融液に影響を与えることを防止して、高収率の単結晶引き上げをおこなうことが可能となる。
例えば、引き上げ開始直後においては、原料を溶融する必要があるために直胴部の引き上げ時に比べて石英ルツボの温度も高くなっているため、壁部がより軟化して倒れやすくなっている場合がある。また、引き上げ完了間近な状態においては、石英ルツボは内部の原料融液が減っているため、壁部に対する内側の融液からの圧力が低下しているとともに、石英ルツボの壁部が内側で自立している高さが大きくなっているため、融液が多く貯留されている場合に比べて壁部が内側に倒れやすくなっている場合がある。例えばこのようないずれの状態でも、あるいは、これらの途中の状態に対しても、それぞれ高さ位置の異なる壁部におけるもっとも適切な部分をを押圧あるいは冷却することで壁部の変形を防止して、単結晶を所定の長さまで製造完了することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の単結晶引き上げ装置によれば、単結晶の製造プロセスで起こりうる石英ルツボの変形を防止でき、しかも変形してしまった石英ルツボを修正することができる。本発明の単結晶引き上げ装置は、マルチ引き上げ等の長時間に亘る単結晶の引き上げを行う場合に特に有効である。また、単結晶引き上げは非常に高温下で処理され、また、処理空間が狭いため、本発明が有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る単結晶の引き上げ装置の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第一の実施形態）
図１に示すように、本発明に係わる第一の実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン単結晶の原料のシリコン融液１２を貯留する石英ルツボ１３が設けられ、この石英ルツボ１３の外面は黒鉛サセプタ（黒鉛ルツボ）１４により被覆されている。石英ルツボ１３の下面は黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はルツボ駆動手段１７に接続されている。ルツボ駆動手段１７は石英ルツボ１３を回転させる第１の回転用モータ（図示略）と、石英ルツボ１３を昇降させるルツボ昇降手段としてのルツボ昇降用モータ（図示略）とを有し、これらのモータにより石英ルツボ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に昇降可能とされている。石英ルツボ１３の外周面は石英ルツボ１３から所定の間隔をあけてヒータ１８により包囲され、このヒータ１８は保温筒１９により包囲されている。ヒータ１８は石英ルツボ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液１２にするためのものである。
【００２４】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続されている。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示略）と、このヘッドを回転させる第２の回転用モータ（図示略）と、上記ヘッドから石英ルツボ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示略）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２４が取付けられている。
【００２５】
またシリコン単結晶棒２５の外周面と石英ルツボ１３の壁部１３ａの内周面との間にはシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲する熱遮蔽部材（ヒートキャップ）２６が設けられる。この熱遮蔽部材２６は、円筒状に形成されてヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部２６ａと、この筒部２６ａの上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部２６ｂとを有する。上記フランジ部２６ｂを保温筒１９上に載置することにより、筒部２６ａの下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材２６がチャンバ１１内に固定される。
【００２６】
また、石英ルツボ１３内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上で、シリコン単結晶棒２５の外周面と石英ルツボ１３の壁部１３ａの内周面との間、詳しくは、石英ルツボ１３内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上で、熱遮蔽部材２６と壁部１３ａの内周面との間には、石英ルツボ１３の壁部１３ａの変形を防止及び／又は修正するためのアーム（変形防止用アーム）５０が石英ルツボ変形防止手段として設けられている。この変形防止用アーム５０は、通常（壁部１３ａの変形の防止や修正の動作をしないとき）は、壁部１３ａとは間隔を開けて配置されている。
変形防止用アーム５０は、回転可能で、かつ上下昇降可能な支持棒５１と、該支持棒５１の先端部（下部）に設けられた突起部５２からなり、該突起部５２は支持棒５１が動作することにより石英ルツボ１３の壁部１３ａを内側から押圧する押圧面５２ａを有する。
【００２７】
上記支持棒５１の上部はチャンバ１１の外部に導出されている。また、この支持棒５１の上部はアーム駆動手段５７に接続されている。アーム駆動手段５７は支持棒５１を回転させる支持棒回転用モータ（図示略）と、支持棒を昇降させる支持棒昇降手段としての支持棒昇降用モータ（図示略）とを有し、これらのモータにより支持棒５１が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に昇降可能とされている。なお、支持棒５１の上部のチャンバ取り付け部は、封止材５８によりシールされている。
変形防止用アーム５０の少なくとも保温筒１９内に入る部分は、耐熱性を有する材料から構成されていることが好ましく、詳しくは、支持棒５１の少なくとも先端部と突起部５２は、カーボン、石英、モリブデンなどの耐熱性が高い材料から構成されていることが好ましい。
変形防止用アーム５０の支持棒５１は、石英ルツボ１３の昇降に同期して動作できるように構成されている。
【００２８】
更に、チャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のルツボ内周面側から排出するガス給排手段２８が接続される。ガス給排手段２８は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示略）に接続された供給パイプ２９と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示略）に接続された排出パイプ３０とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこれらのパイプ２９，３０を流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３１，３２がそれぞれ設けられる。
【００２９】
一方、引上げ手段２２における引上げ用モータの出力軸（図示略）にはロータリエンコーダ（図示略）が設けられ、ルツボ昇降手段１７には石英ルツボ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ、ルツボ昇降手段１７のルツボ昇降用モータ及びアーム駆動手段５７の支持棒昇降用モータにそれぞれ接続される。
【００３０】
また上記コントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはロータリエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒２５の引上げ長さが第１マップとして記憶され、重量センサの検出出力に対する石英ルツボ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。
上記コントローラは重量センサの検出出力に基づいて石英ルツボ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、ルツボ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００３１】
次に、本実施形態のシリコン単結晶の引き上げ装置１０を用いるシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。
図１に示すように、石英ルツボ１３に高純度のシリコン多結晶体を投入し、ヒータ１８によりこの高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液１２にする。シリコン多結晶体が融解して石英ルツボ１３にシリコン融液１２が貯留した後、第１及び第２流量調整弁３１，３２を開くことにより不活性ガスをケーシング２１内に供給してシリコン融液１２の表面から蒸発したガスをこの不活性ガスとともに排出パイプ３０から排出させる。
ついで、上記引上げ手段２２に備えられた引上げ用モータによりワイヤケーブル２３を繰出して種結晶２４を降下させ、種結晶２４の先端部をシリコン融液１２に接触させる。その後種結晶２４を徐々に引上げて種絞り部２５ａを形成した後、更に種結晶２４を引上げることにより種絞り部２５ａの下部に先ず肩部２５ｂを育成させる。
【００３２】
肩部２５ｂが育成されたならば、更に種結晶２４を引上げることにより肩部２５ｂの下方に直胴部２５ｃを形成する。
この直胴部２５ｃの形成中に軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに図２及び図４に示すような変形部１３ｅが生じた場合は、上記支持棒昇降用モータによって変形防止用アーム５０の支持棒５１を上下に昇降させることにより、支持棒５１の先端部を石英ルツボ１３の壁部内面と隙間を開けた状態（図２の実線Ａで示される位置にする）で、かつ図４に示すように石英ルツボ内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上の所定の位置（単結晶の引き上げ工程で軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに変形が生じた箇所の側方）に配置する。
このように支持棒５１の先端部を変形部１３ｅの側方に配置したならば、上記支持棒回転用モータによって支持棒５１を時計回りの方向βに回転させることにより、支持棒５２の先端部に設けられた突起部５２の押圧面５２ａを上記第１の回転用モータによって反時計回りの方向αに回転する石英ルツボ１３の壁部内面側に臨ませて、上記壁部内面に接触させる（図２の点線Ｂで示される位置にする）ことで、上記壁部内面を走査するとともに上記壁部を内側から押圧すると、単結晶の引き上げ工程中で起こったルツボ１３の壁部１３ａの倒れ込みなどによる変形を図３及び図５に示すように修正することができる。
【００３３】
この直胴部２５ｃの形成中に軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに変形が生じる恐れがある場合は、上記支持棒昇降用モータによって変形防止用アーム５０の支持棒５１を上下に昇降させることにより、支持棒５１の先端部を石英ルツボ１３の壁部内面と隙間を開けた状態（図３の点線Ａで示される位置にする）で、かつ図５に示すように石英ルツボ内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上の所定の位置（単結晶の引き上げ工程で軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに変形が生じる恐れがある箇所１３ｆの側方）に配置する。
このように支持棒５１の先端部を変形が生じる恐れがある箇所１３ｆの側方に配置したならば、上記支持棒回転用モータによって支持棒５１を時計回りの方向βに回転させることにより、支持棒５２の先端部に設けられた突起部５２の押圧面５２ａを上記第１の回転用モータによって反時計回りの方向αに回転する石英ルツボ１３の壁部内面側に臨ませて、上記壁部内面に接触させる（図３の実線Ｂで示される位置にする）ことで、上記壁部内面を走査するとともに上記壁部を内側から押圧すると、単結晶の引き上げ工程中で起こりうるルツボ１３の壁部１３ａの倒れ込みなどによる変形を防止することができる。
このような変形防止用アーム５０によるルツボ１３の壁部の変形防止の動作は、ルツボ１３を加熱する前やルツボ１３が軟化する前から行うようにしてもよい。
【００３４】
なお、直胴部２５ｃの育成に伴い、シリコン融液１２の表面は低下し、減少する融液１２の量に応じて図示しないルツボ昇降用モータは石英ルツボ１３を上昇させ、種結晶２４の引上げとともに低下するシリコン融液１２の表面を所定位置に維持させる。
また、上記実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置においては変形防止用アーム５０に備えられた支持棒５１が回転可能な場合について説明したが、支持棒５１は水平移動可能なものであってもよい。
また、上記実施形態においては熱遮蔽部材２６は昇降機能が設けられていない場合について説明したが、昇降機能が設けられたものであってもよい。
【００３５】
また、上記実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置に石英ルツボ変形防止手段として備えられる変形防止用アームとしては、図６に示すような変形防止用アーム５０ａであってもよい。この変形防止用アーム５０ａが、図１に示した変形防止用アーム５０と異なるところは、支持棒５１の先端に設けられた突起部５３の形状が縦断面⊂状であり、この突起部５３の外面に押圧面５３ａが設けられている点である。また、突起部５３は水平面に対して上下方向対称な形状ではなく、図６に示すように、先端が下側に偏った形状とすることもできる。このようにすることで、シリコン融液１２に当接する等の影響を与えることなく変形防止用アーム５０ａを下降させて、壁部１３の変形をより下側（シリコン融液１２側）から修正することが可能となる。
【００３６】
以下、本発明に係る単結晶の引き上げ装置の第二の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３７】
（第二の実施形態）
図７は、本発明に係わる第二の実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置１０ａの概略構成を示す図である。
本実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置１０ａが図１に示した第一の実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置１０と特に異なるところは、石英ルツボ変形防止手段として変形防止用アームに変えて変形防止用ガス吹き出し手段６０が設けられた点である。
変形防止用ガス吹き出し手段６０は、石英ルツボ１３内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上で、シリコン単結晶棒２５の外周面と石英ルツボ１３の壁部１３ａの内周面との間、詳しくは、石英ルツボ１３内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上で、熱遮蔽部材２６と壁部１３ａの内周面との間に設けられている。この変形防止用ガス吹き出し手段６０は、通常（壁部１３ａの変形の防止や修正の動作をしないとき）は、壁部１３ａとは間隔を開けて配置されている。
【００３８】
変形防止用ガス吹き出し手段６０は、回転可能で、かつ上下昇降可能なガス供給管６１と、該ガス供給管６１の先端部（下部）に設けられたガス吹き出し口６２からなり、このガス吹き出し口６２はガス供給管６１の動作により石英ルツボ１３の壁部内面近傍に配置され、該吹き出し口から吹き出されるアルゴンガス等の不活性ガスＧのガス圧により石英ルツボ１３の壁部１３ａを内側から押圧可能な構成とされている。
ガス供給管６１は、保温筒１９内に入る部分に相当する下部ガス供給管６１ａと、保温筒１９外の部分に相当する上部ガス供給管６１ｂとから構成されている。
【００３９】
上部ガス供給管６１ｂの上部はチャンバ１１の外部に導出されている。また、この上部ガス供給管６１ｂの上部はガス吹き出し手段の駆動手段６７に接続されている。駆動手段６７はガス供給管６１を回転させるガス供給管回転用モータ（図示略）と、ガス供給管６１を昇降させるガス供給管昇降手段としてのガス供給管昇降用モータ（図示略）とを有し、これらのモータによりガス供給管６１が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に昇降可能とされている。なお、上部ガス供給管６１ｂの上部のチャンバ取り付け部は、封止材５８によりシールされている。
【００４０】
ガス供給管６１の少なくとも保温筒１９内に入る部分は、耐熱性を有する材料から構成されていることが好ましく、本実施形態では下部ガス供給管６１ａはカーボン、石英、モリブデンなどの耐熱性が高い材料から構成されていることが好ましい。
変形防止用ガス吹き出し手段６０のガス供給管６１は、石英ルツボ１３の昇降に同期して動作できるように構成されている。
上部ガス供給管６１ｂの上端は不活性ガスＧを貯留するタンク（図示略）に接続されている。また、ガス供給管６１にはこの供給管内を流れる不活性ガスＧの流量を調整するガス流量調整弁（図示略）が設けられている。
上部ガス供給管６１ｂの周囲には、冷却機構として冷水や冷却ガスが供給された冷却パイプ（図示略）が巻回されている。
【００４１】
また、引上げ手段２２における引上げ用モータの出力軸（図示略）にはロータリエンコーダ（図示略）が設けられ、ルツボ昇降手段１７には石英ルツボ１３内のシリコン融液１２の重量を検出する重量センサ（図示せず）と、支軸１６の昇降位置を検出するリニヤエンコーダ（図示せず）とが設けられる。ロータリエンコーダ、重量センサ及びリニヤエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ、ルツボ昇降手段１７のルツボ昇降用モータ及びガス吹き出し手段の駆動手段６７のガス供給管昇降用モータにそれぞれ接続される。
【００４２】
次に、本実施形態のシリコン単結晶の引き上げ装置１０ａを用いるシリコン単結晶の引上げ方法を説明する。
図７に示すように、石英ルツボ１３に高純度のシリコン多結晶体を投入し、ヒータ１８によりこの高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液１２にする。シリコン多結晶体が融解して石英ルツボ１３にシリコン融液１２が貯留した後、第１及び第２流量調整弁３１，３２を開くことにより不活性ガスをケーシング２１内に供給してシリコン融液１２の表面から蒸発したガスをこの不活性ガスとともに排出パイプ３０から排出させる。
ついで、引上げ手段２２に備えられた引上げ用モータによりワイヤケーブル２３を繰出して種結晶２４を降下させ、種結晶２４の先端部をシリコン融液１２に接触させる。その後種結晶２４を徐々に引上げて種絞り部２５ａを形成した後、更に種結晶２４を引上げることにより種絞り部２５ａの下部に先ず肩部２５ｂを育成させる。
【００４３】
肩部２５ｂが育成されたならば、更に種結晶２４を引上げることにより肩部２５ｂの下方に直胴部２５ｃを形成する。
この直胴部２５ｃの形成中に軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに図８及び図１０に示すような変形部１３ｅが生じた場合は、上記ガス供給管昇降用モータによって変形防止用ガス吹き出し手段６０のガス供給管６１を上下に昇降させることにより、ガス供給管６１の先端部に設けられたガス吹き出し口６２を石英ルツボ１３の壁部内面と隙間を開けた状態（図８の実線Ａで示される位置にする）で、かつ図１０に示すように石英ルツボ内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上の所定の位置（単結晶の引き上げ工程で軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに変形が生じた箇所の側方）に配置する。
【００４４】
このようにガス供給管６１の先端部を変形部１３ｅの側方に配置したならば、上記ガス供給管回転用モータによってガス供給管６１を反時計回りの方向γに回転させることにより、ガス供給管６１の先端部に設けられたガス吹き出し口６２を上記第１の回転用モータによって反時計回りの方向αに回転する石英ルツボ１３の壁部内面側に臨ませて（図８の点線Ｂで示される位置にする）、上記ガス流量調整弁を開にして上記壁部内面に冷却された不活性ガスＧを吹き付け、上記壁部内面を走査するとともに上記壁部を内側から押圧すると、単結晶の引き上げ工程中で起こったルツボ１３の壁部１３ａの倒れ込みなどによる変形を図９に示すように修正することができる。ここでの壁部１３ａの変形の修正の作業の際には、上部ガス供給管６１ｂの周囲に巻回された冷却パイプ内に冷水や冷却ガスを供給することにより、冷却された不活性ガスＧが吹き出される。
【００４５】
この直胴部２５ｃの形成中に軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに変形が生じる恐れがある場合は、上記ガス供給管昇降用モータによって変形防止用ガス吹き出し手段６０のガス供給管６１を上下に昇降させることにより、ガス供給管６１の先端部を石英ルツボ１３の壁部内面と隙間を開けた状態（図９の点線Ａで示される位置にする）で、かつ石英ルツボ内に貯溜されたシリコン融液１２の表面上の所定の位置（単結晶の引き上げ工程で軟化によりルツボ１３の壁部１３ａに変形が生じる恐れがある箇所１３ｆの側方）に配置する。
【００４６】
このようにガス供給管６１の先端部を変形が生じる恐れがある箇所１３ｆの側方に配置したならば、上記ガス供給管回転用モータによってガス供給管６１を反時計回りの方向γに回転させることにより、ガス供給管６１の先端部に設けられたガス吹き出し口６２を上記第１の回転用モータによって反時計回りの方向αに回転する石英ルツボ１３の壁部内面側に臨ませて（図９の実線Ｂで示される位置にする）、上記ガス流量調整弁を開にして上記壁部内面に冷却された不活性ガスＧを吹き付け、上記壁部内面を走査するとともに上記壁部を内側から押圧すると、単結晶の引き上げ工程中で起こりうるルツボ１３の壁部１３ａの倒れ込みなどによる変形を防止することができる。
【００４７】
このような変形防止用ガス吹き出し手段６０によるルツボ１３の壁部の変形防止の動作は、ルツボ１３を加熱する前やルツボ１３が軟化する前から行うようにしてもよい。
このように石英ルツボ１３が軟化する前からガス供給管６１の先端部を変形が生じる恐れがある箇所１３ｆの側方に配置したならば、上記ガス供給管回転用モータによってガス供給管６１を反時計回りの方向γに回転させることにより、上記ガス流量調整弁を開にして上記壁部内面に冷却された不活性ガスＧを吹き付け、上記壁部内面を走査するとともに壁部１３ａを冷却して軟化することを防止し、単結晶の引き上げ工程中で起こりうるルツボ１３の壁部１３ａの倒れ込みなどによる変形を防止することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置においては変形防止用ガス吹き出し手段６０に備えられたガス供給管６１が回転可能な場合について説明したが、ガス供給管６１は水平移動可能なものであってもよい。
また、上記実施形態のシリコン単結晶引き上げ装置に備えられる変形防止用ガス吹き出し手段としては、図１１に示すような変形防止用ガス吹き出し手段６０ａであってもよい。この変形防止用ガス吹き出し手段６０ａが、図７に示した変形防止用ガス吹き出し手段６０と異なるところは、ガス供給管６１の先端部側面に多数のガス吹き出し口６２ａがガス供給管６１の上下方向に並ぶように設けられている点である。かかる構成の変形防止用ガス吹き出し手段６０ａが備えられたシリコン単結晶引き上げ装置によれば、ガス供給管６１から吹き出されるガス圧を大きくでき、壁部１３ａを冷却できる範囲を広くできるため、単結晶の引き上げ工程で軟化により壁部１３ａに生じた変形の修正や変形の防止効果を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係わる単結晶引き上げ装置の第一の実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１の単結晶引き上げ装置を用いてルツボの変形の修正方法の説明図で、石英ルツボと変形防止用アームを示す横断面図。
【図３】図１の単結晶引き上げ装置を用いてルツボの変形の修正方法と変形の防止方法の説明図で、石英ルツボと変形防止用アームを示す横断面図。
【図４】図１の単結晶引き上げ装置を用いてルツボの変形の修正方法の説明図で、石英ルツボと変形防止用アームを示す縦断面図。
【図５】図１の単結晶引き上げ装置を用いてルツボの変形の修正方法と変形の防止方法の説明図で、石英ルツボと変形防止用アームを示す縦断面図。
【図６】本発明に係わる単結晶引き上げ装置に備えられた変形防止用アームの他の実施形態を示す断面図。
【図７】本発明に係わる単結晶引き上げ装置の第二の実施形態を示す概略構成図。
【図８】図７の単結晶引き上げ装置を用いてルツボの変形の修正方法の説明図で、石英ルツボと変形防止用ガス吹き出し手段を示す横断面図。
【図９】図７の単結晶引き上げ装置を用いてルツボの変形の修正方法と変形の防止方法の説明図で、石英ルツボと変形防止用ガス吹き出し手段を示す横断面図。
【図１０】図７の単結晶引き上げ装置を用いてルツボの変形の修正方法の説明図で、石英ルツボと変形防止用ガス吹き出し手段を示す縦断面図。
【図１１】本発明に係わる単結晶引き上げ装置に備えられた変形防止用ガス吹き出し手段の他の実施形態を示す断面図。
【図１２】従来の単結晶引き上げ装置に備えられた石英ルツボの壁部が倒れ込んだ様子を示す模式図。
【符号の説明】
【００５０】
１０，１０ａ・・・単結晶引き上げ装置、１１・・・チャンバ、１２・・・シリコン融液（単結晶の原料の融液）、１３・・・石英ルツボ、１３ａ・・・壁部、１３ｅ・・・変形部、１３ｆ・・・変形が生じる恐れがある箇所、１４・・・黒鉛サセプタ、１６・・・支軸、１７・・・ルツボ駆動手段、１８・・・ヒータ、１９・・・保温筒、２１・・・ケーシング、２２・・・引き上げ手段、２３・・・ワイヤケーブル、２４・・・種結晶、２５・・・シリコン単結晶棒、２５ａ・・・種絞り部、２５ｂ・・・肩部、２５ｃ・・・直胴部、２６・・・熱遮蔽部材（ヒートキャップ）、２６ａ・・・筒部、２６ｂ・・・フランジ部、２８・・・ガス給排手段、２９・・・供給パイプ、３０・・・排出パイプ、３１・・・第１流量調整弁、３２・・・第２流量調整弁、５０，５０ａ・・・アーム（変形防止用アーム）、５１・・・支持棒、５２，５３・・・突起部、５２ａ，５３ａ・・・押圧面、５７・・・アーム駆動手段、５８・・・封止材、６０，６０ａ・・・変形防止用ガス吹き出し手段、６１・・・ガス供給管、６１ａ・・・下部ガス供給管、６１ｂ・・・上部ガス供給管、６２，６２ａ・・・ガス吹き出し口、Ｇ・・・不活性ガス、６７・・・ガス吹き出し手段の駆動手段
【図１】
2005336021.tif 000003
【図２】
2005336021.tif 000004
【図３】
2005336021.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005336021.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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